Nuevo “estado exótico de la materia” es encontrado próximo al cero absoluto

Al crear átomos dentro de átomos, la nueva investigación señala un momento emocionante en la física cuántica.

Publicado 6 de mar. de 2018 16:55 GMT-3
El electrón (azul) orbita el núcleo (rojo), encerrando a muchos otros átomos del condensado Bose-Einstein (verde).
El electrón (azul) orbita el núcleo (rojo), encerrando a muchos otros átomos del condensado Bose-Einstein (verde).
Fotografía de Illustration by TU Wien

Cruciales para las propiedades de la materia, los átomos son ampliamente conocidos como los bloques de construcción del universo. Si volvemos a las clases de ciencias de la escuela primaria, quizás recuerdes que los átomos están formados por protones cargados positivamente, neutrones neutros y electrones negativos. Pero en términos relativos, hay mucho espacio vacío entre esas partículas subatómicas.

Los electrones generalmente orbitan lejos de su núcleo atómico. Si estos componentes se pueden llenar con tanto espacio vacío, un equipo de científicos de la Universidad de Tecnología de Viena y la Universidad de Harvard quería ver si era posible llenar ese vacío con otra cosa, como otros átomos.

JUNTO CON EL ÁTOMO DE RYDBERG

En la física cuántica, los científicos pueden crear átomos de Rydberg, en los que uno o más electrones altamente estimulados orbitan lejos del núcleo. 

“La distancia promedio entre el electrón y su núcleo puede ser de varios cientos de nanómetros, es decir, más de mil veces el radio de un átomo de hidrógeno”, dijo Jochim Burgdörfer, director del Instituto de Física Teórica de la Universidad de Tecnología de Viena, en un comunicado de prensa.

Así que en este nuevo estudio, publicado en Physical Review Letters, los investigadores crearon un condensado Bose-Einstein a partir de átomos de estroncio, enfriando un gas diluido de bosones -un tipo de partícula subatómica- hasta lo más cerca posible del cero absoluto.

Luego, con un láser, transfirieron energía a uno de estos átomos, transformándolo en un átomo de Rydberg con un radio atómico amplio. Este radio era más grande que la distancia normal entre dos átomos en el condensado.

Como resultado, los átomos neutros apenas tienen un impacto en el camino más amplio de los electrones de este átomo de Rydberg debido a su falta de carga, pero el electrón todavía capta los átomos neutros dispersos a lo largo de su camino, lo que le impide cambiar a un estado diferente de materia.

Las simulaciones por computadora muestran que esta interacción es débil, disminuye la energía del sistema y crea un vínculo entre los átomos de Rydberg y otros átomos dentro de la órbita electrónica.

“Es una situación muy inusual”, según Shuhei Yoshida, un profesor de TU Wien que también participó en la investigación. “Normalmente, tratamos con núcleos cargados, uniendo electrones a su alrededor. Aquí, tenemos un electrón que une átomos neutros”.

Este nuevo y exótico estado de la materia, denominado polarón de Rydberg, solo puede ocurrir a bajas temperaturas. Las partículas se mueven más rápido y el enlace se rompe a medida que las cosas se calientan.

“Para nosotros, este nuevo y debilitado estado de la materia es una nueva y emocionante posibilidad de investigar la física de átomos ultra fríos”, dice Burgdörfer. “De esa forma, uno puede sondear las propiedades de un condensado Bose-Einstein en escalas muy pequeñas con una precisión muy alta", concluye.

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